Oscillator - princip for drift, typer, anvendelse

Et oscillerende system kaldes en oscillator. Det vil sige, at oscillatorer er systemer, hvor en eller anden skiftende indikator eller flere indikatorer periodisk gentages. Det samme ord "oscillator" kommer fra det latinske "oscillo" - swing.

Oscillatorer spiller en vigtig rolle i fysik og teknologi, fordi næsten ethvert lineært fysisk system kan beskrives som en oscillator. Eksempler på de enkleste oscillatorer er et oscillerende kredsløb og et pendul. Elektriske oscillatorer konverterer jævnstrøm til vekselstrøm og skaber oscillationer ved den nødvendige frekvens ved hjælp af et styrekredsløb.

Ved at bruge eksemplet med et oscillerende kredsløb, der består af en spole med induktans L og en kondensator med kapacitans C, er det muligt at beskrive den grundlæggende proces for drift af en elektrisk oscillator. En opladet kondensator begynder umiddelbart efter at have tilsluttet dens terminaler til spolen at aflade gennem den, mens energien fra kondensatorens elektriske felt gradvist omdannes til energien fra spolens elektromagnetiske felt.

Når kondensatoren er helt afladet, vil al dens energi gå ind i spolens energi, så vil ladningen fortsætte med at bevæge sig gennem spolen og genoplade kondensatoren i den modsatte polaritet, end den var til at begynde med.

Også kondensatoren vil begynde at aflade igen gennem spolen, men i den modsatte retning osv. — hver svingningsperiode i kredsløbet vil processen gentage sig selv, indtil svingningerne forsvinder på grund af spredning af energi på modstanden af ​​trådspolen og i kondensatorens dielektrikum.

På en eller anden måde er det oscillerende kredsløb i dette eksempel den enkleste oscillator, da følgende indikatorer periodisk ændres i den: ladningen i kondensatoren, potentialforskellen mellem kondensatorens plader, styrken af ​​det elektriske felt i kondensatoren. kondensatorens dielektrikum, strømmen gennem spolen og spolens magnetiske induktion. I dette tilfælde opstår der frie dæmpningssvingninger.

For at de oscillerende svingninger skal blive udæmpede, er det nødvendigt at genopfylde den afledte elektriske energi. Samtidig, for at opretholde en konstant amplitude af svingninger i kredsløbet, er det nødvendigt at kontrollere den indkommende elektricitet, så amplituden ikke falder under og ikke stiger over en given værdi. For at nå dette mål indføres en feedback-loop i kredsløbet.

På denne måde bliver oscillatoren et positivt feedback-forstærkerkredsløb, hvor udgangssignalet delvist føres til det aktive element i styrekredsløbet, hvilket resulterer i, at kontinuerlige sinusformede svingninger med konstant amplitude og frekvens opretholdes i kredsløbet.Det vil sige, at sinusformede oscillatorer virker på grund af strømmen af ​​energi fra aktive elementer til passive, med støtte fra processen fra en feedback-loop. Vibrationerne har en lidt varierende form.

Oscillatorerne er:

• med positiv eller negativ feedback;

• med sinusformet, trekantet, savtand, rektangulær bølgeform; lav frekvens, radio frekvens, høj frekvens osv.;

• RC, LC — oscillatorer, krystaloscillatorer (kvarts);

• konstante, variable eller justerbare frekvensoscillatorer.

Oscillator (generator) Royer

For at konvertere en konstant spænding til rektangulære impulser eller for at opnå elektromagnetiske oscillationer til et andet formål, kan du bruge en Royer transformatoroscillator eller en Royer generator... Denne enhed inkluderer et par bipolære transistorer VT1 og VT2, et par modstande R1 og R2, også et par kondensatorer C1 og C2 mættet magnetisk kredsløb med spoler - transformer T.

Transistorerne fungerer i nøgletilstand, og det mættede magnetiske kredsløb tillader positiv feedback og isolerer om nødvendigt den sekundære vikling fra den primære sløjfe galvanisk.

I det første øjeblik, når strømforsyningen er tændt, begynder små kollektorstrømme at strømme gennem transistorerne fra kilden op. En af transistorerne vil åbne tidligere (lad VT1), og den magnetiske flux, der krydser viklingerne, vil stige, og EMF induceret i viklingerne vil stige på samme tid. EMF i basisviklingerne 1 og 4 vil være sådan, at transistoren, der begyndte at åbne først (VT1), vil åbne, og transistoren med en lavere startstrøm (VT2) vil lukke.

Kollektorstrømmen af ​​transistoren VT1 og den magnetiske flux i det magnetiske kredsløb vil fortsætte med at stige indtil mætning af det magnetiske kredsløb, og i mætningsøjeblikket vil EMF i viklingerne vende til nul. Kollektorstrømmen VT1 vil begynde at falde, den magnetiske flux vil falde.

Polariteten af ​​EMF induceret i viklingerne vil vende om, og da basisviklingerne er symmetriske, begynder transistoren VT1 at lukke og VT2 begynder at åbne.

Kollektorstrømmen af ​​transistoren VT2 vil begynde at stige, indtil stigningen i magnetisk flux stopper (nu i den modsatte retning), og når EMF i viklingerne vender tilbage til nul, begynder kollektorstrømmen VT2 at falde, den magnetiske flux falder, EMF ændrer polaritet. Transistor VT2 vil lukke, VT1 vil åbne, og processen vil fortsætte med at gentage sig selv cyklisk.

Hyppigheden af ​​oscillationer af Royer-generatoren er relateret til parametrene for strømkilden og egenskaberne for det magnetiske kredsløb i henhold til følgende formel:

Op — forsyningsspænding; ω er antallet af vindinger af hver spole i opsamleren; S er tværsnitsarealet af det magnetiske kredsløb i sq. Cm; Bn — kernemætningsinduktion.

Da i processen med mætning af det magnetiske kredsløb vil EMF i transformatorens viklinger være konstant, så i nærvær af en sekundær vikling, med en belastning forbundet til den, vil EMF have form af rektangulære impulser. Modstande i transistorernes basiskredsløb stabiliserer konverterens drift, og kondensatorer hjælper med at forbedre udgangsspændingens form.

Royer oscillatorer kan fungere ved frekvenser fra enheder til hundredvis af kilohertz, afhængigt af de magnetiske egenskaber af kernen i T-transformatoren.

Svejseoscillatorer

For at lette tændingen af ​​svejsebuen og bevare dens stabilitet, anvendes svejseoscillatorer. Svejseoscillatoren er en højfrekvent overspændingsgenerator designet til at fungere med konventionelle AC eller DC strømforsyninger... Det er en dæmpet oscillationsgnistgenerator baseret på en LF step-up transformer med en sekundær spænding på 2 til 3 kV.

Ud over transformeren indeholder kredsløbet en begrænser, et oscillerende kredsløb, koblingsspoler og en spærrekondensator. Takket være det oscillerende kredsløb, som hovedkomponenten, fungerer højfrekvente transformatoren.

De højfrekvente vibrationer passerer gennem højfrekvenstransformeren, og højfrekvente spænding påføres gennem buegabet. En bypass-kondensator forhindrer, at lysbuestrømkilden omgås. En choker er også inkluderet i svejsekredsløbet for pålidelig isolering af oscillatorspolen fra HF-strømme.

Med en effekt på op til 300 W giver svejseoscillatoren impulser, der varer flere titus mikrosekunder, hvilket er ganske nok til at antænde en lysbue. Højfrekvent højspændingsstrøm overlejres simpelthen på det fungerende svejsekredsløb.

Oscillatorer til svejsning er af to typer:

• puls strømforsyning;

• kontinuerlig handling.

Kontinuerlige oscillatorer arbejder kontinuerligt under svejseprocessen og rammer lysbuen ved at overlejre en højfrekvent (150 til 250 kHz) og højspænding (3000 til 6000 V) hjælpestrøm oven på dens strøm.

Denne strøm vil ikke skade svejseren, hvis sikkerhedsforanstaltningerne følges. Lysbuen under påvirkning af den højfrekvente strøm brænder jævnt ved en lav værdi af svejsestrømmen.

De mest effektive svejseoscillatorer i serieforbindelse, da de ikke kræver installation af højspændingsbeskyttelse til kilden. Under drift udsender aflederen et stille knitren gennem et mellemrum på op til 2 mm, som justeres før arbejdet påbegyndes med en speciel skrue (på dette tidspunkt fjernes stikket fra stikkontakten!).

AC-svejsning bruger pulserende strømoscillatorer til at hjælpe med at antænde lysbuen, mens polariteten af ​​AC-strømmen vendes.